การใช้คอมพิวเตอร์ในด้านวิทยาศาสตร์ โดย นายศรีศักดิ์ จามรมาน และคณะ
การใช้คอมพิวเตอร์เพื่อการวิจัยในด้านวิทยาศาสตร์มีความสำคัญมาก โดยเฉพาะการวิจัยในทางนิวเคลียร์ฟิสิกส์(nuclear physics or particle) ซึ่งเป็นวิชาว่าด้วยส่วนประกอบที่เล็กที่สุดของสสารเรียกว่า อนุภาค (particle) และศึกษาค้นคว้าว่าอนุภาคที่เล็กที่สุดนี้สามารถรวมตัวกันเป็นสสารชนิดต่างๆ กันได้อย่างไร ด้วยแรงอะไรบ้าง วัตถุประสงค์หลักของการศึกษาธรรมชาติของอนุภาคเหล่านี้จำเป็นต้องมีวิธีการแตกหรือแยกสสารต่างๆ ออกเป็นส่วนเล็กที่สุดคือ แยกจากสสารเป็นโมเลกุลแล้วเป็นอะตอม และในที่สุดเป็นอนุภาค วิธีศึกษาการแตกตัวของอะตอมนั้นใช้การถ่ายภาพปรากฏการณ์การเกิดอนุภาคนั้นๆ ในเครื่องมือพิเศษที่จัดขึ้นซึ่งเรียกว่า บับเบิลแชมเบอร์ (bubble chamber)และสปาร์กแชมเบอร์ (spark chamber) ในการถ่ายภาพของการทดลองแต่ละครั้ง ต้องถ่ายเป็นจำนวนแสนๆ ภาพจึงจะได้ข้อมูลเพียงพอในการศึกษาคุณสมบัติของอนุภาคนั้นๆจากนั้นจึงนำเอาข้อมูลนี้ไปวัดและคำนวณประมวลผล สมมติว่าถ้าใช้คนหนึ่งคนนั่งวัดและคำนวณวันละ ๘ ชั่วโมง จะต้องใช้เวลาทั้งหมดประมาณ ๑๐,๐๐๐ ปี แต่ถ้าใช้คอมพิวเตอร์ช่วยจะสามารถทำได้เร็วขึ้นมากเช่น ถ้าใช้คอมพิวเตอร์ขนาดกลาง ๑ เครื่องจะคำนวณทั้ง ๑๐๐,๐๐๐ กรณีให้แล้วเสร็ได้ในเวลาประมาณ ๑๑๒ ปี ถ้าใช้คอมพิวเตอร์ขนาดกลาง๒ เครื่องจะสามารถแล้วเสร็จในเวลาไม่ถึงปี ถ้าใช้คอมพิวเตอร์ขนาดใหญ่ก็จะสามารถทำแล้วเสร็จภายในเวลา ๓-๔ เดือนเท่านั้น
ตัวอย่างอีกอย่างหนึ่งที่มีความจำเป็นต้องใช้คอมพิวเตอร์เพื่อช่วยในการวิจัยทางด้านวิทยาศาสตร์ก็คือ คริสทัลโลกราฟี (crystallography) วัตถุประสงค์ของวิชานี้คือ เพื่อศึกษาว่าอะตอมของผลึกของสสารต่างๆ มีโครงสร้างในโมเลกุลเป็นอย่างไรบ้าง ความรู้นี้จะถูกนำไปใช้ประโยชน์โดยตรงทางด้านการแพทย์ เคมี และชีววิทยา โดยทั่วไปการจัดเรียงตัวของอะตอมของผลึกแต่ละชนิดย่อมมีแบบแผนและคุณสมบัติ
ประจำตัวของแต่ละผลึกอยู่แล้ว เมื่อฉายรังสีเอกซ์หรือเอกซเรย์ผ่านผลึกนั้น ก็ย่อมจะได้ภาพในฟิล์มเอกซเรย์เป็นแบบแผนเฉพาะของผลึกนั้นฉะนั้นวิธีการศึกษาโครงสร้างของอะตอมของผลึก จึงเป็นการฉายแสงเอกซเรย์ผ่านผลึกแต่ละชนิด และถ่ายภาพเป็นฟิล์มเอกซเรย์เก็บไว้เพื่อการเปรียบเทียบแบบแผนของภาพว่าแบบแผนใดควรจะมีโครงสร้างของอะตอมในโมเลกุลอย่างไรการเปรียบเทียบจึงเป็นแบบที่ต้องลองแล้วลองอีก (trial and error) คือ สมมติว่าอะตอมหนึ่งอยู่ ณ จุดหนึ่ง อีกอะตอมหนึ่งอยู่ ณ อีกจุดหนึ่ง สมมติไปครบทุกอะตอม ซึ่งอาจจะรวมถึง ๑๐๐ อะตอมก็ได้ แล้วคำนวณว่าถ้าอะตอมต่างๆอยู่ ณ จุดต่างๆ นั้น จะได้แบบแผนเป็นภาพเอกซเรย์อย่างไรนำภาพจากการคำนวณนี้มาเปรียบเทียบกับภาพที่ถ่ายได้จริงของผลึกนั้นๆ ถ้าไม่เหมือนกันก็กลับไปเปลี่ยนหรือโยกย้ายตำแหน่งของอะตอมต่างๆ แล้วคำนวณหาแบบแผนของภาพอีกครั้ง แล้วเปรียบเทียบกับภาพที่ถ่ายได้จริงอีกทำเช่นนี้ไปเรื่อยๆ จนได้ผลและโครงสร้างที่ถูกต้องซึ่งการกระทำเช่นนี้อาจจะต้องทำเป็นร้อยๆ ครั้ง จึงจะได้ผลที่ต้องการ โดยปกติแล้ว ถ้าใช้คอมพิวเตอร์ขนาดใหญ่จะต้องใช้เวลาคำนวณโดยคอมพิวเตอร์ประมาณ ๑๐ ชั่วโมงถ้าใช้คนคำนวณด้วยเครื่องคิดเลขจะต้องใช้เวลาประมาณ ๑,๐๐๐,๐๐๐ ชั่วโมง หรือประมาณ ๑๑๐ ปี
ตัวอย่างที่ ๓ ของการใช้คอมพิวเตอร์ทางด้านวิทยาศาสตร์ก็คือ ในการศึกษาทางเคมี นิสิตนักศึกษาต้องปฏิบัติการทดลองในมหาวิทยาลัย ถ้าไม่ระมัดระวังให้ดีบางครั้งอาจเกิดการระเบิด มีคนบาดเจ็บขึ้นได้ ที่เกิดขึ้นเสมอๆ ก็คือหลอดแก้วแตก หรืออย่างน้อยที่สุดก็สิ้นเปลืองสารเคมีเป็นจำนวนมาก ปัจจุบันนี้ ในสหรัฐอเมริกาเริ่มมีการใช้คอมพิวเตอร์แทนการทดลองจริง แบบที่เรียกว่า ห้องทดลองแห้ง วิธีปฏิบัติก็คือ ให้นักเรียนพิมพ์บอกคอมพิวเตอร์ว่าจะเอาสารอะไรผสมกัน แล้วดูภาพสีที่จอโทรทัศน์คอมพิวเตอร์จะแสดงภาพบนจอให้เห็นขั้นตอนการทดลอง เช่น ถ้าใช้กรดผสมกับด่างก็จะเห็นเป็นภาพการปล่อยให้กรดค่อยๆหยดลงบนด่าง เกิดเกลือให้เห็นชัดเจนเหมือนทดลองจริงถ้ามีการใส่สารผิดก็มีภาพการระเบิดให้เห็นด้วยโดยคนดูไม่ได้รับอันตรายใดๆ เลย เป็นต้น ในเมืองไทยขณะนี้ ยังไม่มีการใช้คอมพิวเตอร์ในทางวิทยาศาสตร์มากเท่ากับในต่างประเทศ จะมีบ้างเพียงเล็กน้อยในมหาวิทยาลัย ต่อไปหากเรามีโรงไฟฟ้านิวเคลียร์ ก็จะต้องมีเครื่องคอมพิวเตอร์ประจำโรงไฟฟ้านิวเคลียร์แต่ละโรงเพื่อทำการวิจัยและวัดผลให้ได้รวดเร็วตลอดเวลา ในต่างประเทศมีการใช้คอมพิวเตอร์ในการคำนวณด้านคณิตศาสตร์ต่างๆ มากมาย เช่น ใช้หาค่าของ p เป็นทศนิยมถึง ๒๐๐-๓๐๐ ตำแหน่ง ใช้ในการคำนวณและพิมพ์ตารางคณิตศาสตร์ต่างๆ ใช้ในการแก้ปัญหาที่เป็นสมการแบบต่างๆ ใช้ในทางสถิติ และใช้ในทางคอมพิวเตอร์ศาสตร์เอง เป็นต้น ขณะนี้ในสหรัฐอเมริกา มหาวิทยาลัยหลายแห่งมีคณะคณิตวิทยาศาสตร์ (Mathematical Science) ซึ่งแบ่งออกเป็นภาควิชาคณิตศาสตร์ (Mathematics) ภาควิชาสถิติ (Statistics) และภาควิชาวิทยาการคอมพิวเตอร์ (ComputerScience) สำหรับบ้านเรานั้น ใน พ.ศ. ๒๕๒๙ มีการเรียนการสอนด้านคอมพิวเตอร์เกือบทุกมหาวิทยาลัย ฉะนั้นจึงมีแนวโน้มที่จะมีการใช้คอมพิวเตอร์ทางวิทยาศาสตร์มากขึ้น
ในการศึกษาทางเคมี การปฏิบัติการทดลองโดยไม่ระมัดระวัง บางครั้งอาจเกิดการระเบิดเกิดความเสียหายแก่ชีวิตและทรัพย์สินได้ ในบางประเทศจึงมีการทดลองโดย
ในประเทศอุตสาหกรรมมักจะติดอุปกรณ์คอมพิวเตอร์ไว้ในเครื่องใช้หรือยานพาหนะ เช่น รถยนต์ เป็นต้น
การใช้คอมพิวเตอร์เพื่อการวิจัยในด้านวิทยาศาสตร์มีความสำคัญมาก โดยเฉพาะการวิจัยในทางนิวเคลียร์ฟิสิกส์(nuclear physics or particle) ซึ่งเป็นวิชาว่าด้วยส่วนประกอบที่เล็กที่สุดของสสารเรียกว่า อนุภาค (particle) และศึกษาค้นคว้าว่าอนุภาคที่เล็กที่สุดนี้สามารถรวมตัวกันเป็นสสารชนิดต่างๆ กันได้อย่างไร ด้วยแรงอะไรบ้าง วัตถุประสงค์หลักของการศึกษาธรรมชาติของอนุภาคเหล่านี้จำเป็นต้องมีวิธีการแตกหรือแยกสสารต่างๆ ออกเป็นส่วนเล็กที่สุดคือ แยกจากสสารเป็นโมเลกุลแล้วเป็นอะตอม และในที่สุดเป็นอนุภาค วิธีศึกษาการแตกตัวของอะตอมนั้นใช้การถ่ายภาพปรากฏการณ์การเกิดอนุภาคนั้นๆ ในเครื่องมือพิเศษที่จัดขึ้นซึ่งเรียกว่า บับเบิลแชมเบอร์ (bubble chamber)และสปาร์กแชมเบอร์ (spark chamber) ในการถ่ายภาพของการทดลองแต่ละครั้ง ต้องถ่ายเป็นจำนวนแสนๆ ภาพจึงจะได้ข้อมูลเพียงพอในการศึกษาคุณสมบัติของอนุภาคนั้นๆจากนั้นจึงนำเอาข้อมูลนี้ไปวัดและคำนวณประมวลผล สมมติว่าถ้าใช้คนหนึ่งคนนั่งวัดและคำนวณวันละ ๘ ชั่วโมง จะต้องใช้เวลาทั้งหมดประมาณ ๑๐,๐๐๐ ปี แต่ถ้าใช้คอมพิวเตอร์ช่วยจะสามารถทำได้เร็วขึ้นมากเช่น ถ้าใช้คอมพิวเตอร์ขนาดกลาง ๑ เครื่องจะคำนวณทั้ง ๑๐๐,๐๐๐ กรณีให้แล้วเสร็ได้ในเวลาประมาณ ๑๑๒ ปี ถ้าใช้คอมพิวเตอร์ขนาดกลาง๒ เครื่องจะสามารถแล้วเสร็จในเวลาไม่ถึงปี ถ้าใช้คอมพิวเตอร์ขนาดใหญ่ก็จะสามารถทำแล้วเสร็จภายในเวลา ๓-๔ เดือนเท่านั้น
ตัวอย่างอีกอย่างหนึ่งที่มีความจำเป็นต้องใช้คอมพิวเตอร์เพื่อช่วยในการวิจัยทางด้านวิทยาศาสตร์ก็คือ คริสทัลโลกราฟี (crystallography) วัตถุประสงค์ของวิชานี้คือ เพื่อศึกษาว่าอะตอมของผลึกของสสารต่างๆ มีโครงสร้างในโมเลกุลเป็นอย่างไรบ้าง ความรู้นี้จะถูกนำไปใช้ประโยชน์โดยตรงทางด้านการแพทย์ เคมี และชีววิทยา โดยทั่วไปการจัดเรียงตัวของอะตอมของผลึกแต่ละชนิดย่อมมีแบบแผนและคุณสมบัติ
ประจำตัวของแต่ละผลึกอยู่แล้ว เมื่อฉายรังสีเอกซ์หรือเอกซเรย์ผ่านผลึกนั้น ก็ย่อมจะได้ภาพในฟิล์มเอกซเรย์เป็นแบบแผนเฉพาะของผลึกนั้นฉะนั้นวิธีการศึกษาโครงสร้างของอะตอมของผลึก จึงเป็นการฉายแสงเอกซเรย์ผ่านผลึกแต่ละชนิด และถ่ายภาพเป็นฟิล์มเอกซเรย์เก็บไว้เพื่อการเปรียบเทียบแบบแผนของภาพว่าแบบแผนใดควรจะมีโครงสร้างของอะตอมในโมเลกุลอย่างไรการเปรียบเทียบจึงเป็นแบบที่ต้องลองแล้วลองอีก (trial and error) คือ สมมติว่าอะตอมหนึ่งอยู่ ณ จุดหนึ่ง อีกอะตอมหนึ่งอยู่ ณ อีกจุดหนึ่ง สมมติไปครบทุกอะตอม ซึ่งอาจจะรวมถึง ๑๐๐ อะตอมก็ได้ แล้วคำนวณว่าถ้าอะตอมต่างๆอยู่ ณ จุดต่างๆ นั้น จะได้แบบแผนเป็นภาพเอกซเรย์อย่างไรนำภาพจากการคำนวณนี้มาเปรียบเทียบกับภาพที่ถ่ายได้จริงของผลึกนั้นๆ ถ้าไม่เหมือนกันก็กลับไปเปลี่ยนหรือโยกย้ายตำแหน่งของอะตอมต่างๆ แล้วคำนวณหาแบบแผนของภาพอีกครั้ง แล้วเปรียบเทียบกับภาพที่ถ่ายได้จริงอีกทำเช่นนี้ไปเรื่อยๆ จนได้ผลและโครงสร้างที่ถูกต้องซึ่งการกระทำเช่นนี้อาจจะต้องทำเป็นร้อยๆ ครั้ง จึงจะได้ผลที่ต้องการ โดยปกติแล้ว ถ้าใช้คอมพิวเตอร์ขนาดใหญ่จะต้องใช้เวลาคำนวณโดยคอมพิวเตอร์ประมาณ ๑๐ ชั่วโมงถ้าใช้คนคำนวณด้วยเครื่องคิดเลขจะต้องใช้เวลาประมาณ ๑,๐๐๐,๐๐๐ ชั่วโมง หรือประมาณ ๑๑๐ ปี ตัวอย่างที่ ๓ ของการใช้คอมพิวเตอร์ทางด้านวิทยาศาสตร์ก็คือ ในการศึกษาทางเคมี นิสิตนักศึกษาต้องปฏิบัติการทดลองในมหาวิทยาลัย ถ้าไม่ระมัดระวังให้ดีบางครั้งอาจเกิดการระเบิด มีคนบาดเจ็บขึ้นได้ ที่เกิดขึ้นเสมอๆ ก็คือหลอดแก้วแตก หรืออย่างน้อยที่สุดก็สิ้นเปลืองสารเคมีเป็นจำนวนมาก ปัจจุบันนี้ ในสหรัฐอเมริกาเริ่มมีการใช้คอมพิวเตอร์แทนการทดลองจริง แบบที่เรียกว่า ห้องทดลองแห้ง วิธีปฏิบัติก็คือ ให้นักเรียนพิมพ์บอกคอมพิวเตอร์ว่าจะเอาสารอะไรผสมกัน แล้วดูภาพสีที่จอโทรทัศน์คอมพิวเตอร์จะแสดงภาพบนจอให้เห็นขั้นตอนการทดลอง เช่น ถ้าใช้กรดผสมกับด่างก็จะเห็นเป็นภาพการปล่อยให้กรดค่อยๆหยดลงบนด่าง เกิดเกลือให้เห็นชัดเจนเหมือนทดลองจริงถ้ามีการใส่สารผิดก็มีภาพการระเบิดให้เห็นด้วยโดยคนดูไม่ได้รับอันตรายใดๆ เลย เป็นต้น ในเมืองไทยขณะนี้ ยังไม่มีการใช้คอมพิวเตอร์ในทางวิทยาศาสตร์มากเท่ากับในต่างประเทศ จะมีบ้างเพียงเล็กน้อยในมหาวิทยาลัย ต่อไปหากเรามีโรงไฟฟ้านิวเคลียร์ ก็จะต้องมีเครื่องคอมพิวเตอร์ประจำโรงไฟฟ้านิวเคลียร์แต่ละโรงเพื่อทำการวิจัยและวัดผลให้ได้รวดเร็วตลอดเวลา ในต่างประเทศมีการใช้คอมพิวเตอร์ในการคำนวณด้านคณิตศาสตร์ต่างๆ มากมาย เช่น ใช้หาค่าของ p เป็นทศนิยมถึง ๒๐๐-๓๐๐ ตำแหน่ง ใช้ในการคำนวณและพิมพ์ตารางคณิตศาสตร์ต่างๆ ใช้ในการแก้ปัญหาที่เป็นสมการแบบต่างๆ ใช้ในทางสถิติ และใช้ในทางคอมพิวเตอร์ศาสตร์เอง เป็นต้น ขณะนี้ในสหรัฐอเมริกา มหาวิทยาลัยหลายแห่งมีคณะคณิตวิทยาศาสตร์ (Mathematical Science) ซึ่งแบ่งออกเป็นภาควิชาคณิตศาสตร์ (Mathematics) ภาควิชาสถิติ (Statistics) และภาควิชาวิทยาการคอมพิวเตอร์ (ComputerScience) สำหรับบ้านเรานั้น ใน พ.ศ. ๒๕๒๙ มีการเรียนการสอนด้านคอมพิวเตอร์เกือบทุกมหาวิทยาลัย ฉะนั้นจึงมีแนวโน้มที่จะมีการใช้คอมพิวเตอร์ทางวิทยาศาสตร์มากขึ้น
ในการศึกษาทางเคมี การปฏิบัติการทดลองโดยไม่ระมัดระวัง บางครั้งอาจเกิดการระเบิดเกิดความเสียหายแก่ชีวิตและทรัพย์สินได้ ในบางประเทศจึงมีการทดลองโดย
ในประเทศอุตสาหกรรมมักจะติดอุปกรณ์คอมพิวเตอร์ไว้ในเครื่องใช้หรือยานพาหนะ เช่น รถยนต์ เป็นต้น
